De-a lungul unei perioade de secole și prin intermediul mai multor experimente, fizicienii și chimiștii au reușit să raporteze cheia caracteristicile unui gaz, inclusiv volumul pe care îl ocupă (V) și presiunea pe care o exercită asupra incintei sale (P), pentru a temperatura (T). Legea ideală a gazelor este o distilare a descoperirilor lor experimentale. Se afirmă că PV = nRT, unde n este numărul de moli ai gazului și R este o constantă numită constantă de gaz universală. Această relație arată că, atunci când presiunea este constantă, volumul crește odată cu temperatura, iar când volumul este constant, presiunea crește odată cu temperatura. Dacă niciunul nu este fix, ambele cresc odată cu creșterea temperaturii.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Când încălziți un gaz, atât presiunea sa de vapori, cât și volumul pe care îl ocupă cresc. Particulele individuale de gaz devin mai energice și temperatura gazului crește. La temperaturi ridicate, gazul se transformă într-o plasmă.
Aragazuri sub presiune și baloane
Un aragaz sub presiune este un exemplu de ceea ce se întâmplă atunci când încălziți un gaz (vapori de apă) limitat la un volum fix. Pe măsură ce temperatura crește, citirea manometrului crește odată cu aceasta până când vaporii de apă încep să scape prin supapa de siguranță. Dacă supapa de siguranță nu ar fi acolo, presiunea ar continua să crească și ar deteriora sau sparge oala sub presiune.
Când creșteți temperatura unui gaz dintr-un balon, presiunea crește, dar aceasta servește doar pentru a întinde balonul și a crește volumul. Pe măsură ce temperatura continuă să crească, balonul atinge limita sa elastică și nu se mai poate extinde. Dacă temperatura continuă să crească, presiunea crescândă sparge balonul.
Căldura este energie
Un gaz este o colecție de molecule și atomi cu suficientă energie pentru a scăpa de forțele care le leagă împreună în starea lichidă sau solidă. Când închideți un gaz într-un recipient, particulele se ciocnesc între ele și cu pereții containerului. Forța colectivă a coliziunilor exercită presiune pe pereții containerului. Când încălziți gazul, adăugați energie, care crește energia cinetică a particulelor și presiunea pe care o exercită asupra recipientului. dacă containerul nu ar fi acolo, energia suplimentară i-ar determina să zboare traiectorii mai mari, crescând efectiv volumul pe care îl ocupă.
Adăugarea de energie termică are, de asemenea, un efect microscopic asupra particulelor care constituie un gaz, precum și asupra comportamentului macroscopic al gazului în ansamblu. Nu numai energia cinetică a fiecărei particule crește, ci și vibrațiile sale interne și viteza de rotație a electronilor săi. Ambele efecte, combinate cu creșterea energiei cinetice, fac ca gazul să se simtă mai fierbinte.
De la gaz la plasmă
Un gaz devine din ce în ce mai energic și mai fierbinte pe măsură ce temperatura crește până când, la un moment dat, devine plasmă. Acest lucru se întâmplă la temperaturi care apar la suprafața soarelui, aproximativ 6.000 grade Kelvin (10.340 grade Fahrenheit). Energia termică ridicată elimină electronii din atomii din gaz, lăsând un amestec de atomi neutri, electroni liberi și particule ionizate care generează și răspunde forțelor electromagnetice. Din cauza încărcărilor electrice, particulele pot curge împreună ca și când ar fi un fluid și, de asemenea, tind să se aglomereze. Datorită acestui comportament ciudat, mulți oameni de știință consideră că plasma este a patra stare a materiei.